ทีมวิจัยของมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน–เมดิสันได้ระบุวิธีใหม่ในการเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นก๊าซไนโตรเจนผ่านกระบวนการที่อาจเป็นขั้นตอนหนึ่งในการแทนที่แอมโมเนียแทนเชื้อเพลิงที่ใช้คาร์บอน
การค้นพบเทคนิคนี้ซึ่งใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะและการปลดปล่อยพลังงานได้รับสิทธิบัตรชั่วคราวจากมูลนิธิวิจัยศิษย์เก่าวิสคอนซิน
ผู้เขียนบทความ
และอดีตนักวิจัยดุษฎีบัณฑิตในห้องปฏิบัติการของ John Berry นักเคมีของ UW–Madison อธิบายว่า “ปัจจุบันโลกใช้เชื้อเพลิงคาร์บอนอย่างประหยัด” “เศรษฐกิจไม่ดีนักเพราะเราเผาสารไฮโดรคาร์บอนซึ่งปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศ เราไม่มีทางปิดวงจรของวัฏจักรคาร์บอนที่แท้จริง ที่ซึ่งเราสามารถเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์กลับเป็นเชื้อเพลิงที่มีประโยชน์ได้”
เพื่อมุ่งสู่เป้าหมายขององค์การสหประชาชาติเพื่อให้โลกกลายเป็นคาร์บอนเป็นกลางภายในปี 2593 นักวิทยาศาสตร์ต้องพิจารณาถึงวิธีการที่รับผิดชอบต่อสิ่งแวดล้อมในการสร้างพลังงานจากองค์ประกอบอื่นที่ไม่ใช่คาร์บอน
กำลังเสนอ
การประหยัดพลังงานไนโตรเจนโดยอิงจากการแปลงระหว่างกันของ ไนโตรเจนและแอมโมเนีย
นักวิทยาศาสตร์รู้สึกตื่นเต้นที่พบว่าการเติมแอมโมเนียลงในตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะที่มีธาตุแพลตตินัมเหมือนรูทีเนียมซึ่งผลิตไนโตรเจนได้เองตามธรรมชาติ ซึ่งหมายความว่าไม่ต้องการพลังงานเพิ่มเติม แต่กระบวนการนี้สามารถควบคุมเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า โดยมีโปรตอนและก๊าซไนโตรเจนเป็นผลพลอยได้ นอกจากนี้ คอมเพล็กซ์โลหะสามารถรีไซเคิลได้ผ่านการสัมผัสกับออกซิเจนและนำมาใช้ซ้ำๆ ซึ่งกระบวนการทั้งหมดสะอาดกว่าการใช้เชื้อเพลิงจากคาร์บอนมาก
“เราพบว่า ไม่เพียงแต่เราจะผลิตไนโตรเจน แต่เรากำลังผลิตไนโตรเจนภายใต้สภาวะที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน” Berry ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ด้านเคมีของ Lester McNall และมุ่งเน้นความพยายามในการวิจัยเกี่ยวกับเคมีโลหะทรานซิชัน “เพื่อให้สามารถทำปฏิกิริยาแอมโมเนียกับไนโตรเจนได้อย่างสมบูรณ์ภายใต้สภาวะแวดล้อมและรับพลังงานเป็นเรื่องใหญ่”
แอมโมเนีย
ถูกเผาเป็นแหล่งเชื้อเพลิงเป็นเวลาหลายปี ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 มีการใช้น้ำมันนี้ในรถยนต์ และในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์กำลังพิจารณาวิธีที่จะเผามันในเครื่องยนต์เพื่อทดแทนน้ำมันเบนซิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมการเดินเรือ อย่างไรก็ตาม การเผาไหม้แอมโมเนียจะปล่อยก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ที่เป็นพิษออกมา
ปฏิกิริยาใหม่นี้จะหลีกเลี่ยงผลพลอยได้ที่เป็นพิษเหล่านั้น หากปฏิกิริยาอยู่ในเซลล์เชื้อเพลิงซึ่งแอมโมเนียและรูทีเนียมทำปฏิกิริยาที่พื้นผิวอิเล็กโทรด ก็จะสามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างหมดจดโดยไม่ต้องใช้เครื่องฟอกไอเสียเชิงเร่งปฏิกิริยา
“สำหรับเซลล์เชื้อเพลิง เราต้องการเอาต์พุตทางไฟฟ้า ไม่ใช่อินพุต” Wallen กล่าว “เราค้นพบสารประกอบทางเคมีที่เร่งการเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นไนโตรเจนที่อุณหภูมิห้อง โดยไม่ต้องใช้แรงดันไฟฟ้าหรือสารเคมีเพิ่มเติม นี่เป็นขั้นตอนแรก เท่าที่เราทราบ ที่จะทำอย่างนั้น”
นักศึกษาระดับ
บัณฑิตศึกษาและผู้เขียนรายงานกล่าวว่า “เรามีโครงสร้างพื้นฐานที่จัดตั้งขึ้นสำหรับการกระจายแอมโมเนีย ซึ่งผลิตจากไนโตรเจนและไฮโดรเจนอยู่แล้วในกระบวนการ Haber-Bosch “เทคโนโลยีนี้สามารถช่วยให้ประหยัดเชื้อเพลิงแบบปลอดคาร์บอนได้ แต่ก็เป็นครึ่งหนึ่งของปริศนา ข้อเสียประการหนึ่งของการสังเคราะห์แอมโมเนียคือไฮโดรเจนที่เราใช้ทำแอมโมเนียนั้นมาจากก๊าซธรรมชาติและเชื้อเพลิงฟอสซิล”
อย่างไรก็ตาม แนวโน้มนี้กำลังเปลี่ยนไป เนื่องจากผู้ผลิตแอมโมเนียพยายามผลิตแอมโมเนีย “สีเขียว” ซึ่งอะตอมของไฮโดรเจนจะถูกจ่ายโดยอิเล็กโทรลิซิสในน้ำที่เป็นกลางของคาร์บอนแทนกระบวนการ Haber-Bosch ที่ใช้พลังงานมาก
เมื่อเผชิญ
กับความท้าทายในการสังเคราะห์แอมโมเนีย ตามที่ Berry กล่าว จะมีประโยชน์มากมายในการใช้แอมโมเนียเป็นแหล่งพลังงานหรือเชื้อเพลิงทั่วไป บีบอัดได้ เช่น โพรเพน ง่ายต่อการเคลื่อนย้ายและจัดเก็บ แม้ว่าเซลล์เชื้อเพลิงแอมโมเนียบางเซลล์จะมีอยู่แล้ว แต่ต่างจากกระบวนการใหม่นี้ ที่ต้องการพลังงานเพิ่มเติม เช่น การแยกแอมโมเนียออกเป็นไนโตรเจนและไฮโดรเจนในขั้นแรก
ขั้นตอนต่อไป
ของกลุ่มนี้รวมถึงการหาวิธีสร้างเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้ประโยชน์จากการค้นพบใหม่และพิจารณาวิธีที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเพื่อสร้างวัสดุเริ่มต้นที่จำเป็น
“ความท้าทายต่อไปที่ฉันอยากจะนึกถึงคือวิธีสร้างแอมโมเนียจากน้ำ แทนที่จะเป็นก๊าซไฮโดรเจน” Trenerry กล่าว “ความฝันคือการใส่น้ำ อากาศ และแสงแดด เพื่อสร้างเชื้อเพลิง”
งานวิจัยนี้ได้รับการรายงานในวารสารNature Chemistry
ที่มา: มหาวิทยาลัยวิสคอนซิน–เมดิสัน
Credit : สล็อตเว็บตรง แตกง่าย
